西部钻探试油公司西南试油分公司 新疆克拉玛依 834000
摘要：中国能源结构相对简单，主要以煤炭和石油为主，但受到多方面因素的影响，国家始终致力于寻找全新可接替常规石油的资源，页岩气就是其中之一。但这种资源的开采效率低、开采难度较高，需要对相应的开采技术进行完善，因此，本文针对页岩气井工厂开发模式优化进行研究，从井工厂开发模式适应性入手，结合产能模型、开发渗流模型、地质模型等多方面内容展开调查计算，并且结合实际案例进一步分析井工厂开发模式，以供参考。
关键词：页岩气；井工厂；开发模式；规模效益
引言：根据过往开采经验来看，和常规的页岩气单井开发模式相比，井工厂开发模式不仅可以提高作业效率、降低作业成本，还能够保证最终的开发效果。但在实际落实的过程中，井工厂容易受到多方面因素的影响，实际开采效果并不理想，因此，还需要对页岩气井工厂开发模式进行优化研究，建立相应的模拟模型，展开计算分析，从而找到最优的开发模式，实现页岩气规模效益开发目的。未来，页岩气的开采难度和成本会进一步提高，加强对开发模式的优化具有重要价值。
一、井工厂开发模式适应性
根据页岩气藏特征来看，一般储藏在含量大于50%且碎屑颗粒的直径小于62um的细粒硅质碎屑岩中，而这种岩石在低能量沉积环境下产生的，如：泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥页岩、泥灰岩等。这种岩石最大的特征在于低空隙、低渗透率，而且储层位置较差，当这种岩石满足“有机质含量0.3%，热成熟度0.4%”条件时，就具备了储藏条件。天然气吸附、游离和溶解在岩石中，形成了页岩气。还一点较为特殊的是，页岩气藏并不具有“圈闭”，其“原地成藏，原地聚集”的特点，让其不受储层岩性、构造的控制。页岩气藏的成藏时间较早，在一定程度上节省了运移时间，但在实际运营过程中，需要对储层进行压裂改造，以此保证开采效果。正常情况下，岩石的脆性指数越高，在压力改造的过程中裂缝几何形态越复杂，难易程度越低。在实际开采之前，需要对相应的参数情况进行判断，以此确定是否可以进行经济开发，相应的指标内容主要包括：有机质含量、含气饱和度、渗透率、黏土矿物含量、热成熟度、有效厚度、页岩名称、泊松比、杨氏模量、地层埋深、地层压力系数、孔隙度、含气量等。自2010年开始，国内对井工厂技术的研究力度不断增强，2012年首次形成了井工厂开发模式，节约了大量时间，仅建井时间就缩到32天，在同步压裂、增产效果非常显著。后续井工厂作业模式不断完善，占地面积日益缩小，平均日产量逐渐增强，真正实现了“无缝生产，降本增效”的开采模式。总的来看，井工厂开发是非常适合应用在页岩气的开采工作中，但还需要对相应的开发模式进行优化。
二、页岩气井工厂开发模式
想要进一步建立形成相应的模拟模型，需要对页岩储层特征、页岩储集规律、气体渗流规律、流体流动形态、气体生产机理等地质特征出发，从而得到科学的数学模型，确保优化工作的质量。
（一）渗流模型
由上可知，页岩气藏具有着双重连续介质的特性，因此在建立渗流模型的过程中，需要分别从基质、裂缝两个方面入手，建立气-水两相的数学模型，最终通过查分求解偏微方程。页岩气储层中影响因素较多、地质情况复杂，需要展开特殊的处理。但在建立渗流方程之前，需要完善相应的假设条件，确保所得数据的准确性。根据页岩储层的特点来看，高渗流意味着低储集能力，高储集意味着低渗流，在建立模型前需要综合参考页岩基质，确定具体的模型，可选择的模型包括：kazemi模型、De swaan 模型、Warren-root模型三种。以Warren-root模型为例，图1为模型的具体形式。
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图 1 页岩气藏 Warren-Root模型
在此基础上，分别建立裂缝中、基质中流体的渗流，其中裂缝中的渗流方程可以分为裂缝系统气相的状态方程、水相的连续性方程两种。
在对上述模型进行求解过程中，需要对模型设置了定解条件，包括储层边界所处的状态、页岩气藏在投入开发前各个物理量具体数值，结合上述方程，确定具体的数值模型。
（二）产能模型
在建立页岩气渗流模型的基础上，还需要进一步建立相应的产能模型。由上可知页岩气的生产机理复杂，根据过往的数据参数情况来看，可以分为早期线性流、早期径向流、裂缝边界流、复合线性流、系统径向流。压裂水平井的稳态产能模型可以分为单条裂缝产能模型、压裂水平产能模型。在实际作业的过程中，水平井是最常见的情况，采用同步压裂或拉链式压裂完成采集工作。想要对开发模式进行优化，需要根据相应的渗流原理，建立起页岩气藏同步压裂水平井产能预测模型，结合压裂缝尖应力干扰图，打造出复杂裂缝网络，增加改造体积效果。以一组井工厂的中间进为例，
由此模型可以看出，在开发优化井工厂的过程中，必须要充分考虑到体积压裂中裂缝长度以及裂缝之间距离，以此保证页岩气累计产量增加。另外，产量的计算要从三个方面进行考虑，分别为：缝间干扰效应、缝尖干扰效应以及缝端干扰效应，从而确定井距、排距最优值，让产量得到真正的提高。
（三）地质模型
除了上述两个方面之外，页岩气开发参数敏感性也是数据分析的关键，这一数据建立在地质模型的基础上，主要针对的是Langmuir压力、Langmuir体积、扩散系数、窜流系数。根据敏感性分析结果，结合气藏参数敏感正交实验，得到地质敏感性参数极差分析图，确定在开发优化过程中需要重点考虑的因素内容，图2是地质敏感性参数极差分析图。
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图 2 地质敏感性参数极差分析图
根据工程参数敏感性分析，为实际井工厂开发优化中参数的设计提供有效参考，涉及水平井段的长度、排拒、井距、不同生产放喷压力、裂缝的长度以及裂缝的条数等。通过敏感参数正交实验所得到的结果，设计出多种不同的开发方案。
（四）实践分析
由上可知，想要对页岩区块进行开发，打造出相应的井工厂，必须要对页岩气藏的特点等多方面内容实现充分的认识，在实际计算过程中结合具体的模拟软件，优化相应的参数。以某地区页岩气藏为例，为了更好的实现地质工程一体化，并且取得良好的生产效果，为后期的高产提供技术保障，对水平井工厂进行优化设计，在现场实施精准的地质导向。该地区按照“整体部署、集中建产、滚动调整、环保优先”的原则，全面优化工厂化作业模式，借助上述几个参数模型以及三位地质模型，综合参考各方面资料，打造工程一体化实践。该地区页岩气藏一共建设了7个平台42口水平井，在全部投产后完成了10×108m3的建设目标，根据该地区提供的数据来看，目前已经开设了30口水平井，投产至今累计产气、产水分别达到了12.52×108m3、80.36×104m3。
总结：
综上所述，井工厂是提高页岩气规模效益的有效手段，但必须要保证开采模式得到优化，这是高质量开采工作的重要前提。根据过往开采经验和静态研究来看，打造高产气井的地质主控因素是目标箱体钻遇率。因此，在实际优化的过程中，不仅要落实严格仔细的地质研究，还要对水平井设计参数、压裂设计优化等方面内容进行设计，为页岩气实现高产提供良好的技术保障，确保工程项目稳定进行，让生产效果得到可持续发展改善。
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